生态工程整理

生态工程下的定义：生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程的目标：就是在促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防治环境污染，达到经济效益与生态效益同步发展。 生态工程、环境工程和生物工程比较：（1）生态工程概念。(2)环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术。环境工程的目标很明确，就是利用一系列科学原理，去净化或防治环境污染。(3)生态工程与环境工程最大区别在于：生态工程考虑利用生态系统的自我设计特点，是有利于人类和自然两者的设计；生态工程的“工具箱”包括全世界能提供的所有生态系统、生物群落及物种；利用太阳能，保持或增加生态系统内部的物种多样性。而环境工程以化石能为能源，往往会改变或减少生态系统内部的物种多样性。(4)生物工程技术指通过改变基因结构开发新物种或新变异体，以满足人类多种需要的先进技术。生物技术与生态工程思路：利用自然生态系统无废弃物和物质循环等特点来解决污染问题。生态技术利用自然界现有的物种、现有的生态系统结构和功能，遵循生态工程的原理和方法，经过合理的设计，以满足人类生态保护和发达经济需求技术。两者区别在于：作用对象、所消耗能源、技术手段以及技术目标等方面。 生态工程学核心原理：

①整体性原理（整体论和还原论）；②协调与平衡原理（协调原理、平衡原理）；

③自生原理：A 、自我设计和自组织原理； B 、自我维持原理；C 、自我调节：属于自组织的稳态机制，目的在于完善生态系统整体的结构与功能：ⅰ、同种生物种群间密度的自我调节（1/2环境容量（K ）时生产量最高）；ⅱ、异种生物种群之间数量调节（富营养化水体放养肉食性鱼类或蚌）；ⅲ、生物与环境之间的相互适应调节（营养盐过多的水体藻类和水草增多）；

④循环再生原理：A 、物质循环和再生原理；B 、多层分级利用原理； 生态工程学的生物学原理：①物种共生原理（自然界没有一种生物能够离开其他生物而单独生存和繁衍）；②生态位原理；③食物链原理；④物种多样性原理；⑤物种耐性原理（每种生物有一个生态需求上的最大量和最小量，两量之间的幅度为该种生物的耐性限度）；⑥景观生态原理；⑦耗散结构原理；⑧限制因子原理（一种生物的生存和繁荣，必须得到其生长和繁殖需要的各种基本物质，在“稳定状态”下，当某种基本物质的可利用量小于或者接近所需的临界最小量时，该物质便成为限制因子，如光照、水分、温度等）；⑨环境因子的综合性原理。

生态工程模型的类型：（生产系统的动力学模型符号代表的含义：46页）

①概念模型：又称文字模型，将生态系统中的各个分室或每个生态过程进行划分和确定,并以符合生态生物学习惯的文字加以叙述。通常用流程图或框图的方式表示。

②物理模型：一种实用模型；

③数学模型：意义：模拟和预测系统的动态变化过程；检验概念模型的缺陷。

衡量标准：真实性、精确性、普遍性来衡量。愈真实，愈精确，普遍性愈好的模型，其价值愈高。 结构：①系统变量即状态变量，描述在任意时刻系统状态的可变量。②传递函数即函数关系，系

统各个组成之间的流和相互关系。 ③强制函数即系统的输入，它影响系统内部流和状态，

但不受系统内部流和状态的制约。④参数，函数关系中的一些定数。 ⑤常数，模型中的

恒定不变量。 ⑥输出，模型运行的结果，系统服侍功能和应用价值的体现。

数学模型的特征分析：灵敏性、稳定性、反馈与控制。

数学模型实例：分室模型（由简单的微分方程组和矩阵代数构成的一类确定性模型）

分室模型通式：Bu Ax x

+= （x 为库存量变值；A 为分室之间流通率；B 为放大倍数，通常确定；u 为外部输入，或强制函数）

分室模型输出方程通式：Y=CX （Y 为输出量矩阵。C 为输出系数矩阵；X 为库存量矩阵）

试验设计的三个基本原则：重复、随机排列、局部控制

正交表记号含义： L ：正交表的代号；S ：正交表的列数（最多能安排的因素个数，包括交互作用、误差等）q ：各因素的水平数（各因素的水平数相等）N ：正交表的行数（需要做的试验次数） 生态工程设计原则：①因地因类制宜原则（必须依据当地的管理水平和社会要求提出力所能及的生态工程类型。必须对其产品的市场情况进行调查和分析，以确定生态工程的目标和辅助产品类型。）；②生态学原则（适当输入辅助能的原则；再生循环及商品生产原则；生物多样性原则；环境的时间节律与生物的机能节律原则；生物种群选择原则；种群匹配原则；种群置换原则；经济效益原则；人工压缩演替周期原则） ()

S N L q

生态工程设计技术路线：

①建立互利共生网络；

②延长食物链：在一个生态系统或复合生态系统中的食物链网或生产流程中，增加一些环节，改变食物链结构，扩大或增加系统的生态环境及经济效益，以发挥物质生产潜力，更充分利用原先尚未利用的那部分物质和能量，促使物质流与能量流的途径畅通，称为加环。ⅰ、生产环：所加入的环，可使非经济产品或废物直接生产出为人利用的经济产品，例如利用有机废物培养食用菌;利用无毒的有机废水，采用无土栽培的方法，水培蔬菜或花卉，既处理净化了废水（渣），又生产出商品。ⅱ、增益环：所加之环，虽不能直接生产出商品，但可加大或提高生产环的效益。例如利用无毒的无机废水种植凤眼莲、细绿萍等植物，产品虽不是商品，但可用这原本不能养鱼的水去养鱼，凤眼莲、细绿萍可作为饲料饲养家畜、家禽、养殖鱼类，这对生产环有利。ⅲ、减耗环；ⅳ、复合环；ⅴ、加工环：玉米粒为原料可生产食用油\生产淀粉\葡萄糖\葡萄糖内酯,废水和废渣可以进行水培蔬菜或者沼气发酵。增加加工环联结扩大了食物链，促使一些生产环、增益环、复合环的联结。例如：玉米芯原来作为燃料，或作为肥料还田的。

凤眼莲生态工程设计示范技术关键：（1）因地制宜科学设计；（2）及时调整凤眼莲密度；（3）及时收获和利用凤眼莲；（4）凤眼莲的完全利用；（5）人工基质的投入；（6）接种细菌，提高有机污染物的生物降解。

能值：一流动或贮存的能量所包含另一种类别能量的数量。常以太阳能值来衡量某一能量的能值。

能值分析方法的基本原理是最大功率原理（在竞争中处于最优的系统，是那些通过系统自组织作用驱动系统克服限制，实现生产最大化的系统，又称自组织原理。）

能值分析意义：能值分析是对货币流、物质流和能量流综合衡量，从而通过最有效的设计，使系统达到最大的生态效益、经济效益和社会效益。能量系统符号语言：109页

能值转换率：指每单位某种类别的能量（J）或物质（g）所含太阳能值之量。

环境负载率：ELR=(可更新资源能值投入R+不可更新资源能值投入N)/反馈能值F

环境负载率反映了系统环境的承压程度，其值越高说明系统的不可更新资源消耗量大，自组织程度低，对环境造成的压力大，反之则说明对环境压力小。

基础能值产出率：Beyr=基础能值改变Bec/不可更新资源能治投入N

基础能值产出率反映了系统自组织作用对环境资源积累的工作效率。

生态恢复是恢复和维持生态系统健康的过程，是相对生态破坏而言。强调的是将生态工程学原理应用于系统功能的恢复，最终达到系统的自我维持。

生态恢复的内容:1）从生态和社会需求出发,实现生态恢复所期望达到的生态-社会-经济效益；2）恢复能够达到上述效益的生态系统的结构和功能；3）通过对系统物理\化学\生物甚至社会文化要素的控制,带动生态系统恢复,达到系统自我维持状态.

生态恢复的研究和实际应用注意：1）生态恢复是生态科学的检验与应用；2）生态恢复是多学科的综合；3）生态恢复是系统工程；4）我国生态恢复面临的重大课题。

湿地：不论其为天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有或静止、或流动、或淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的水域。

湿地作用：保持水源，净化水质，保护物种多样性，保护海岸线，蓄水防洪，调节气候。

湿地生态工程定义：湿地生态工程是利用湿地的水文和化学物质储存器的特点，所设计的控制过剩营养物、沉积物和污染物，并且改善水质的生态工程；或利用上述特点综合整治低洼湿地，使其结构和功能得到改善和恢复，成为良性生产—生态系统的生态工程。

湿地生态原则：各类湿地的营养收支情况依据本系统的特点、邻近系统的特点和季节等的不同而各异。所以在具体设计和利用时，应作到因地制宜。

简述湿地保护的生态工程对策：

（1）湿地生态补水：考虑到目前许多重要湿地面临的最大威胁是缺水,没有水也就不能成其为湿地.因此,对这部分湿地实施生态补水是最有效的保护措施。

（2）湿地污染控制：湿地面临的另一个最大威胁是生产,生活产生的废水,污水污染,如何控制污水排放与减缓富营养化过程是湿地保护的重要内容之一。

（3）湿地生态恢复和综合整治工程：对列入国际和国家重要湿地名录,以及位于自然保护区内的自然湿地,已被开垦占用或其他方式改变用途的,规划采取各种补救措施,努力恢复湿地的自然特性和生态特征。

目前我国湿地生态系统存在的主要生态问题有哪些？

1）湿地面积减少、功能衰退：由于人口的快速增长和经济的发展，湿地被开垦为农田或作其它用途，围埂造田、兴建码头，湿地植被被破坏，生态功能衰退，鱼类等水生生物丧失了栖息生存的空间与繁衍的场所，湿地自身的生态功能也在不断衰退。2）污染加剧、环境恶化：湿地被肆意侵占，并常成为沿江建筑垃圾、工业废水、生活污水的排泄区和承泄地，污染在不断加剧、环境在不断恶化。长期承泄工农业废水、生活污水，导致湿地水体污染，生态系统富营养化现象严重，危及湿地生物的生存环境。3）生物多样性受损：对湿地的不合理开发利用导致湿地日益减少，功能和效益下降；捕获、狩猎、砍伐、采挖等过量获取湿地生物资源，造成了湿地生物多样性逐渐丧失；其生态功能也严重受损。表现在鱼类种类日趋单一，种群结构低龄化、小型化。如白鳍豚、中华鲟、达氏鲟、白鲟、江豚已成为濒危物种，长江鲟鱼、鲫鱼、银鱼等经济鱼类种群数量已变得十分稀少；湿地水禽由于过度猎捕、捡拾鸟蛋等导致种群数量大幅度下降，严重破坏了水禽资源。

山地多项生态技术的实施：

①“双效”品种资源的引种技术：遵循生态效益和经济效益双高原则进行。建立优质种质资源基地。

②坡地水土调控技术：挖蓄水沟、庭院储水、覆盖保墒等多种蓄水、节水措施提高树苗成活率和增产。

③培肥地力技术：采取种植豆科牧草和“林草-畜-肥”两种方法培肥地力。提高了有机质、全氮和速效氮含量。

④节律配合技术：改变多年传统的春秋季（太行山最旱季节）造林的做法，采用营养钵育苗，雨季降雨后造林，提高成活率。

⑤物种共生，复合匹配技术：利用物种共生原理，进行系统内多物种的人工复合匹配。

海滨盐土：是海相沉积物在海潮或高浓度地下水作用下形成的全剖面含盐的土壤，其特点一是盐分组成单一，以氯化物占绝对优势，二是通剖面含盐，盐分表聚尚差。包括盐沼和滩涂湿地。

高含盐量和低肥力是海滨盐土修复利用的关键制约因子。

海滨盐土植被修复利用的生态工程模式：海滨盐土植被修复与经济利用模式；耐盐牧草、饲料选育与滩涂扩繁模式；滩涂草基鱼塘模式；新筑海堤绿化护坡的植被重建模式；米草生态工程及生态控制模式。

红树林生态系统：处于海洋、陆地的动态交界面，作为独特的海陆边缘生态系统在维持海湾河口生态系统的稳定和平衡中起着特殊的作用，具有重要的生态意义和经济意义。红树林湿地是海岸带生态关键区（对维持生物多样性或资源生产力有特别价值的生物活动高度集中的地区）。红树林湿地具有高生产力、高归还率、高分解率的三高特性。

红树林生态系统作用：红树林过滤陆地径流和内陆带出的有机物和污染物，净化空气和海水；红树林植物吸收污染物中的重金属与有机氯农药，均富集在不易转移扩散的树根或树干部位，避免通过食物链向其它海洋生物及人类传递。

农林牧复合经营系统（李文华）：指在同一土地管理单元之上，人为地把多年生木本植物（乔木，灌木，竹类等）与其他栽培植物（农作物，药用植物，真菌等）和动物，在空间上或按一定的时序安排在一起而进行管理的土地利用和经营系统的综合。

农林牧复合生态工程的生态学原理：①系统内的生物成分须与环境条件相适应，因地制宜；②各生物成分之间相互联系，相互作用，在引入物种时需注意；③通过提高生态效率（能量转化率）来提高整个系统的生产力；通过多层分级利用物质和能量，提高系统综合效益。

指标体系的结构：基本层次为4层：综合指标（A），大类指标（B），中类指标（C），单项指标（D）。

第一层：农业可持续发展综合指数(A)衡量农业系统的可持续性；

第二层：农业系统分为3个亚系统：资源环境（农业资源环境支持指数B1：表示资源环境亚系统对农业生产的支持程度）、经济（农业经济发展指数B2：表示经济亚系统发展程度)、社会（农业社会进步指数B3：表示社会进步程度）；

第三层：若干个子系统（资源环境亚系统——资源、环境污染、环境治理及协调；经济亚系统——农业科技、农业集约化、农业经济效益、农业生产总量；社会亚系统——农产品消费、农业人口、农业人口生活质量、农村社会稳定及社会保障。）

第四层：衡量各子系统的单项指标。

B1：资源环境亚系统对农业生产的支持程度（反映：农业资源的丰富性、资源可持续利用性、环境的协调性、环境污染现状及对环境污染治理的力度。）B2：经济亚系统的发展程度。B3：社会进步程度。（反映：农业人口基本现状、农业人口素质、生活质量、农村社会稳定及社会保障。）

复合养鱼系统：①鱼塘净化、利用污水系统；如某些药剂厂处理有机废水模式②物质循环再生系统；如桑基鱼塘模式③多层次多级利用各种资源系统；如利用饲料、食用菌等及其下脚料和排泄物④多功能的农业-水产-工业相结合的多种经营生产系统；如稻田养殖。

林农综合经营生态工程三个模式：“粮饲－猪－沼－肥”生态模式；“林果－粮经”立体生态模式；“林果－畜禽”复合生态模式。

我国“农田林网”生态模式：通过标准化统一规划设计，利用路、渠、沟、河进行网格化农田林网建设以及部分林带或片林建设，一般以速生杨树为主，辅以柳树、银杏等树种，并通过间伐保证合理密度和林木覆盖率，这样便逐步形成了与农田生态系统相配套的林网体系。

混林农业（ICRAF）的定义：林农复合生态系统是在同一土地经营单元上，将在生态和经济上存在相互联系的多年生木本植物与栽培作物或动物精心结合在一起，通过空间或时序的安排以多种方式配置的一种土地利用制度（系统）。

农业产业化经营的概念：以市场为导向，以提高效益为中心，以主导产业、产品为重点，优化组合各种生产要素，把生产、加工、流通紧密结合起来，延长农业生产链，实行贸工农一体化经营。

我国生态农业：因地制宜利用现代科学技术与传统农业技术相结合，充分发挥地区资源优势，依据经济发展水平及“整体、协调、循环、再生”原则，运用系统工程方法，全面规划、合理组织农业生产，对中低产地区进行综合治理，对高产地区进行生态功能强化，实现农业高产优质高效持续发展，达到生态与经济两个系统的良性循环和经济、生态、社会三大效益的统一。

城镇生态系统的主要特征：强烈的人类活动；城镇生态系统是一个开放的系统；城镇生态系统功能多样化；系统行为的反直观性。

中国城镇生态环境基本特征：城镇大气仍以煤烟型污染为主；水资源短缺是城镇发展的制约因素之一；固体废弃物、城市垃圾是城镇环境保护一大难题；城市园林绿化需进一步提高。

生态城市：从广义上讲，是建立在人类对人与自然关系更深刻认识基础上的新的文化观，是按照生态学原则建立起来的社会、经济、自然协调发展的新型社会关系，是有效的利用环境资源实现可持续发展的新的生产和生活方式。狭义的讲，就是按照生态学原理进行城市设计，建立高效、和谐、健康、可持续发展的人类聚居环境。

城市生态工程的具体体现？

（1）城市自然保护工程：为确保地方政府在制定规划时给予自然历史价值应有的重视，防止有价值的环境向不利方向自发展，把城市建设对自然环境的破坏减少到最低限度。

（2）城市绿化工程：①城市街道绿化；②工厂个业区的绿化；③城市及社会绿化；④城市园林绿化。

（3）有害生物的抑制工程：①减少有害生物的生存环境，防止有害生物滋生；②应用无公害药物控制；③保护有害生物的天敌，利用捕食性食物链来抑制有害生物。

（4）城市综合治理的生态工程：①城市大气降水、地表水与地下水综合利用的生态工程；②城市给排水系统的生态工程；③城市水体富营养化控制工程；④城市生活垃圾的生物处理工程。

米草的生态功效：保滩护堤、促淤造陆作用明显；米草的饲用；野生动物栖息地；航道

减淤；控制污染。

米草生态工程的生态学意义：有利于资源的保护和持续利用；营养成分和有效成分的季节动力学；多层分级利用米草的生物量和能量；无污染绿色工艺。

生物入侵：外来种进入一个新的地区并能存活，繁殖，形成野化种群，其种群的进一步扩散已经或即将造成明显的生态和经济后果，这一事件称为生物入侵。

举例说明生态工程在城市生态建设中的应用

例如天津为了解决其城市发展建设的首要生态问题-严重的水资源短缺和水环境污染，采取了污水土地处理系统与人工处理相结合、污灌、污水回用、死水活用等生态工程，以及调整产业结构、产品结构、水资源的优化调配，流域水资源综合开发的生态规划，再加上建立全市统一的水生态管理机构，完善水平衡测试手段和节水措施，建立健全水生态法规，合理调整水价等生态管理措施，使得水将可能不会成为未来天津城市发展的主要限制因子。针对天津市丰富的土地资源和低的绿化覆盖率的矛盾，则是积极研制和引进适合本地水文气候条件的植被，充分利用了丰富的污水资源发展绿地。城市生态位势成向心分布，为减缓市中心过分拥挤的压力，采用生态控制论的方法进行系统的规划、管理和建设，使得城市具备较强的自我调节能力和活力。